基于ZigBee的智能路燈控制系統設計方案

　　0 引言

　　隨著中國城市和經濟的迅速發展，城市路燈照明已經成為展示城市魅力的名片和窗口，但是照明在帶來絢麗和方便的同時，也遇到了諸多問題。據調查，我國小型城市在夜晚9點后，大中城市在午夜12點后，道路上行人非常稀少，即便是北京、上海、廣州這樣的繁華都市，凌晨2點以后，道路上也罕見行人、車輛。這時如果保持“恒照度”會造成資源的大量浪費；另外后半夜是用電的低谷期，電力系統的電壓升高，路燈反而會更亮，而我國現行70%的道路照明使用的高壓鈉燈，此類電網電壓的波動致使燈泡的實際使用壽命不超過1年，帶來了高額的維修費和材料費，并且系統難以及時反饋路燈運行的故障信息，無法進行遠程控制和處理，只能采取人工巡查方式。

　　路燈控制系統從最初的開關控制功能，逐漸演化到監控節能控制功能，各種新技術被用于路燈監控系統中。路燈控制方法有PLC控制，電力載波控制和無線網絡控制等。從路燈控制系統的成本、可靠性、信息化、應用前景等方面考慮，本方案采用ZigBee無線自組網網絡技術實現LED路燈節能控制的目的。

　　1方案系統設計

　　按照系統要求，本設計主要完成支路控制器和路燈及二者之間的通信網絡設計，其中支路控制器完成時間、光照信息的測量，路燈終端完成故障診斷和移動物體的檢測，利用ZigBee無線網絡技術實現支路控制器和路燈終端之間的通信。因此系統主要包括以下分系統：

　　電源穩壓系統、支路控制系統、ZigBee協調器系統、Zig-Bee 路由和終端系統。其中電源穩壓包括5 V 穩壓和3.3 V穩壓；支路控制系統包括時間模塊、鍵盤模塊、顯示模塊和光照采集模塊；ZigBee協調器包括顯示模塊和鍵盤模塊；ZigBee路由和終端包括微波雷達檢測模塊、故障檢測模塊和路燈控制模塊。系統結構框圖如圖1所示。

　　ZigBee技術是一種新興的短距離無線通信技術，在近距離無線網絡領域得到廣泛應用。 ZigBee技術采用自組網絡，其網絡拓撲機構可以隨意變動，這一特點對實現路燈智能監控系統的智能化、高可靠性、低成本起到很好的作用。ZigBee的網絡拓撲結構可分為：網狀結構、星型結構和樹狀結構，考慮到樹狀結構能夠提高通信網絡的可靠性，因此本設計中無線系統的網絡拓撲采用樹狀結構，使用路由功能傳輸。無線系統由一個ZigBee協調器、若干個路由控制器和若干個路燈終端所組成，網絡示意圖如圖2所示。

　　根據ZigBee通信組網技術的特點，將ZigBee 技術與傳統的路燈控制模式相結合，根據不同路段及時間，對協調器設置不同的檢測與控制方式，能及時對路燈進行相應的控制并發現路燈損壞情況和它的具體位置，方便維修管理，實現按需節能、智能化管理，達到城市照明系統節能減排的目標。

　　2 系統硬件設計

　　2.1 支路控制器設計

　　根據系統功能，支路控制器主要包括時空電路、光控電路、鍵盤及顯示等，電路如圖3所示。

　　時間控制芯片采用的是DS12887芯片，其內部自帶鋰電池，外部掉電時，還可準確走10年之久，有12小時制和24小時制，數據可分二進制或BCD 碼傳送，使用非常方便。環境光檢測部分采用的是光敏電阻加 LM339電壓比較器的測量方案。電阻RV2，R5，R9 及光敏電阻共同構成了惠斯頓電橋的兩個橋臂。在光線相對較強時，電路輸出端輸出低電平；當光線強度相對較暗時，電路輸出端輸出高電平。統共設置5個按鍵，采用獨立式鍵盤，包括時間調節鍵，模式選擇鍵及季節設置鍵。時間調節鍵三個，設置鍵、上調鍵和下調鍵，按下設置鍵開光標，上下調節鍵用來調節時間。模式選擇鍵，采用自鎖式按鍵，進行繁華和偏僻模式轉換。季節設置鍵，也采用自鎖式按鍵，進行夏季和冬季轉換。